Загрязнение почвы с фенолом

Загрязнение почв и грунтов фенолами, методы определения

Фенолами называют вещества, имеющие в своей молекуле бензольное ядро, содержащее одну или более гидроксильных групп. Фенолы принято делить на две группы – летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол и другие многоатомные фенолы). Фенол ядовит, вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу. Однако, фенолы не являются абсолютно вредными веществами. Фенольные соединения необходимы для человека и присутствуют в его организме.

Именно экологические факторы фенола и его производных обусловили то, что США и европейские страны включили 9 соединений этого ряда в список № 1 приоритетных загрязнений.

Фенолы поступают в биоценозы различными путя­ми, в том числе — с промышленными стоками коксохимического производства и различных химических производств (фенолформальдегидных смол, лекарственных препаратов, синтетических волокон, автохимии и др.). Фенолы содержатся в осадках городских сточных вод и могут выщелачиваться оттуда атмосферными осадками, попадая с жидким стоком в почвы и водоемы. Фенолы образуются и в естественных условиях в процессах метаболизма некоторых микроорганизмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в почве, так и в водной толще, в донных отложениях.

Скорость разложения фенолов в почвах довольно велика. По данным С.С. Медведева, при исходных дозах 500 мг/кг фенол не обнаруживался в почвах уже через 6 сут., крезолы — через 7—11 сут. Скорость транс­формации составляет примерно 40—120 мг в сутки. Наиболее вероят­ные механизмы реакции разложения связаны с деятельностью микроорганизмов. Скорость разложения тесно связана с типом и положением заместителей в фенольном кольце: наиболее устойчивы вещества с заместителями в мета-положении по отношению к фенольному гидроксилу, а метильные производные менее устойчивы, чем хлорфенолы. Характерно, что менее токсичные фенолы разлага­ются быстрее высокотоксичных, что прямо указывает на биологиче­ский характер процесса разложения.

Отсутствие фенолов в почве, которое обнаруживается по аналити­ческим данным, не всегда связано с их разложением или трансформа­цией. Как и для многих других органических соединений, возможна адсорбция фенолов глинистыми минералами, обратимая или необра­тимая, в частности в зависимости от характера алкильных заместителей в фенольном кольце и состава катионов, насыщающих глинистые минералы. Для большинства фенольных соединений сорбция (или хемосорбция) наиболее хорошо выражена для глин, насыщенных ионами железа, меньше сорбируют Аl-глины, еще меньше — глины, насыщенные медью или ионами кальция.

Влияние поглощенных (обменных) катионов на сорбцию фенолов явно связано со способностью последних образовывать с катионами различных металлов комплексные соединения. Если в образовании таких соединений участвуют свободные катионы почвенного раствора, то могут возникать растворимые комплексы и в таком виде многие металлы, в том числе переходные (или тяжелые металлы), активно мигрируют в почвенном профиле и в ландшафте. Почва при этом освобождается от загрязнения тяжелыми металлами, хотя природные воды испытывают вторичное загрязнение. В этом также проявляется противоречивость многих почвенно-химических процессов.

В любой почве присутствуют неспецифические органические соединения, постоянным компонентом которых являются фенолы. Для объективной оценки токсикации почв фенолами предложен расчет их определения с учетом фенолов естественного и антропогенного происхождения, так как ПДК для фенолов не установлена («Фенольная токсикация почвенного покрова в зоне деятельности нефтехимического предприятия», Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Мерзлякова А.С., FUNDAMENTAL RESEARCH №4, 2013г.)

Для определения концентрации фенолов антропогенного происхождения предлагается формула расчета:

где Фант – доля фенолов антропогенного происхождения;

Ффон и Фобщ – соответственно — доля фенолов в фоновой (не загрязненной) и исследуемой загрязненной почвах, мг/кг.

В нашей испытательной лаборатории анализ почв на содержание фенолов производится в соответствии с требованиями ПНД Ф 16.1:2.3:3.44-05 «Методика выполнения измерений массовой доли летучих фенолов в пробах почв, осадков сточных вод и отходов фотометрическим методом после отгонки с водяным паром».

Настоящий документ устанавливает фотометрический метод определения массовой концентрации летучих фенолов и основан на отгонке фенолов из подкисленной пробы почвы, взаимодействии их в отгоне с 4-аминоактипирином в присутствии персульфата аммония и измерении оптической плотности при длине волны 510 нм.

Диапазон измерения массовой концентрации летучих фенолов для почв от 0,05 до 4,0 мг/кг, для отходов и осадков сточных вод — от 0,05 до 80,0 мг/кг.

Если массовая концентрация летучих фенолов в пробе превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление перегнанной пробы таким образом, чтобы концентрация фенолов соответствовала регламентированному диапазону.

Полезные статьи

Бактериологическое исследование и анализ почвы

Источник

Шавшина Анна Николаевна

Факультет Экологии и химической технологии

Кафедра Прикладная экология и охрана окружающей среды

Специальность Экологическая безопасность

Оценка влияния выбросов отдельных компонентов ООО НПО ИНКОР и К о на состояние почв прилегающих территорий

Научный руководитель: к. х. н., доцент Чайка Людмила Викторовна

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Устойчивое социально-экономическое развитие любого государства — это единственно возможный путь обеспечения его устойчивого будущего. Научно-технический прогресс и рост народонаселения за последние 50 лет резко обострили взаимоотношения между человеком и природой, а потребительские отношения в течение длительного периода времени привели к резкому ухудшению качества всех составляющих окружающей природной среды.

Современное общество, стремясь достичь высокого уровня развития экономики, зачастую не принимает во внимание возможности природы. Вместе с тем, наличие глобальных экологических проблем, требует при принятии хозяйственно-экономических решений, в первую очередь, эколого-экономического преобразования всех отраслей промышленности, тщательного контроля и анализа факторов негативного влияния их воздействия на отдельные компоненты природной среды.

Резкое увеличение скорости урбанизационных процессов на планете Земля связано не только с внедрением достижений науки и техники в условиях гармонизации жизнедеятельности человека и окружающей его природной среды, но и требует проведения эффективных мероприятий по экологическому оздоровлению природных комплексов. Такие экотопы, как почвы и климат, являются для таких решений приоритетными, поскольку здоровые и плодородные почвы определяют национальное достояние государства. На рисунке 1 представлен общий вид урбаноземов.

Рисунок 1 – Городская среда

К сожалению, процессы урбанизации привели к тому, что естественные ненарушенные почвы городов остались лишь в виде островков в прилегающих лесах и лесопарках. Основная же часть территорий представляет специфические образования — урбаноземы, которые отличаются от естественных почв как структурой и свойствами, так и выполняемыми функциями. К наиболее серьезным причинам прессинга грунтов следует отнести переуплотнение, засоление, неблагоприятный водно-воздушный режим и отравление почвенных микроорганизмов и растительности, которое возникает при концентрировании в верхнем горизонте почв антропогенных загрязнителей. Являясь естественным фильтром загрязнений, поступающих на поверхность почвы с атмосферными и с другими источниками, урбаноземы не поддерживают условия, необходимые для сохранения здоровья человека и состояние окружающей среды. В отличие от живых почв на таких участках резко уменьшается поглощения и утилизация углерода оксида и серы диоксида [1].

1. Актуальность темы

Актуальность рассматриваемой экологической проблемы с точки зрения Концепции устойчивого развития общества объясняется тем, что в настоящее время на 1 человека в мире приходится 0,3 га пахотных земель, что недостаточно для обеспечения его жизнедеятельности. Поэтому почва, как возобновляемый природный ресурс, не должна превратиться в невозобновляемый в случае своего крайнего истощения в результате антропогенных нагрузок, превышающих возможности ее восстановления.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования является оценка влияния отдельных компонентов выбросов ООО НПО ИНКОР и К о на состояние почв прилегающих территорий.

В работе поставлены следующие задачи:

1. Обоснование выбора компонентов.
2. Рассмотрение механизма миграции в системе воздух-почва .
3. Литературный обзор о влияниии компонентов на состояние почвы.
4. Исследование проб почв по физическим, химическим показателям.
5. Определение летучей массы фенола и формальдегида в пробах почвы.

Объектом исследования являются свойства почв, находящихся в зоне влияния предприятия.

Предметом исследования являются определение влияния отдельных компонентов на агрохимические показатели почв.

3. Практическое значение полученных результатов

Полученные результаты будут использованы для разработки рекомендаций по улучшению качества исследуемых почв.

4. Воздействие фенола, нафталина и формальдегида на почву

Почва — особое естественно-историческое образование, возникшее как результат совместного воздействия воздуха, воды и живых микроорганизмов, поэтому верхний плодородный слой грунта представляет сложное сочетание минеральных частиц, мертвого органического вещества растений, животных и отходов их жизнедеятельности, а также множества мелких и крупных живых организмов.

Таким образом, почва — это не просто грязь , существующая в динамической взаимосвязи между вышеуказанными тремя компонентами, а среда, обеспечивающая рост растений и обитания живых организмов. Загрязнение хотя бы одной из составляющих может иметь самые пагубные последствия, связанные с уменьшением основного показателя значимости грунта — плодородия.

Плодородие естественных почв определяется наличием питательных веществ, содержащихся в гумусе, основной процесс накопления которого происходит в гумусовом горизонте. Интенсивность почвообразования уменьшается сверху вниз, а в элювиальном горизонте уже начинают протекать процессы выщелачивания и вымывания солей, органических веществ.

Рисунок 2 – Загрязнение почвы
(анимация: 5 кадров, 5 циклов повторения, 200 килобайт)

Урбаноземы характеризуются наличием ксенобиотиков — чужеродных веществ, способных вызывать нарушение или гибель организмов в почве, уменьшая ее плодородие. Источниками большинства ксенобиотиков наиболее часто являются выбросы промышленных предприятий. Компоненты выбросов или сочетание их новых химических образований, попадая в почву вызывают разрушение гумуса [2].

4.1. Воздействие нафталина

Нафталин является производным продуктом нефти и кокса. Это ароматический углеводород, который представляет собой белые твердые кристаллы с характерным запахом. Вещество не растворяется в воде, но поддается воздействию бензола и бензина [3].

В работе [4] показано, что в почвах, загрязненных нафталином, присутствуют бактерии рода Pseudomonas, которые могут использовать нафталин как единственный источник углерода. Катаболизм нафталина бактериями этой группы включает стадии последовательного образования сначала дигидро- и диоксинафталинов, затем через ряд промежуточных продуктов — салицилового альдегида и салициловой кислоты, а в конце цепи трансформации появляются фумаровая и пировиноградная кислоты.

4.2. Воздействие фенола

Фенол (гидроксибензол) — простейший представитель класса фенолов [3]. Фенолы поступают в биоценозы различными путями, в том числе, с промышленными стоками коксохимических и химических производств производства. Превращение фенолов диоксины определяет актуальность и необходимость более локального изучения.

Поскольку фенолы могут выщелачиваться атмосферными осадками, то они попадают с жидким стоком в почвы. Скорость разложения фенолов в пробах почв довольно велика: при исходных дозах 500 мг/кг фенол не обнаруживался уже через 6 суток, скорость трансформации составляет примерно 40–120 мг/сутки.

Наиболее вероятные механизмы реакции разложения связаны с деятельностью микроорганизмов. Установлено, что реакция окисления, катализируемые фенолоксидазой сопровождается разложением фенольных соединений. Скорость разложения тесно связана с типом и положением заместителей в фенольном кольце. Наиболее устойчивы вещества с заместителями в метаположении по отношению к фенольному гидроксилу. Способность разложения токсичных фенолов указывает на биологический характер этого процесса, при этом продукты окисления могут связываться глинистыми минералами или гуминовыми веществами [4].

4.3. Воздействие формальдегида

Формальдегид — газ с резким запахом, токсичен, хорошо растворим в воде. Он обладает аллергенным, мутагенным, сенсибилизирующим, канцерогенным действием [3].

Способность формальдегида подавлять жизнедеятельность микроорганизмов зависит от его концентрации и времени контакта. Формальдегид оказывает бактерицидное действие на почвенные бактерии, в том числе на азотфиксирующие. Под действием формальдегида содержание почвенных бактерий сокращается в 30 раз, что приводит к потере плодородных свойств почв, угнетается корневая система растений, увеличивается подвижность верхнего почвенного покрова, уменьшается его механическая прочность [5].

5. Влияние нафталина, фенола и формальдегида на рост растений

5.1. Нафталин и рост растений

Нафталин могут применять в качестве регуляторов роста растений. Однако, в больших концентрациях он способен накапливаться растениях [4].

5.2. Фенол и рост растений

В модельных опытах [6] фенольные соединения в высоких концентрациях тормозят ростовые процессы, хотя не так уж редко один и тот же фенол в малых дозах усиливает рост, а в больших — угнетает. Очень интересно, что в роли ингибиторов ростовых процессов, как правило, выступают фенольные соединения с орто- и пара- расположением гидроксилов (т. е. склонные к обратимому окислению в хиноны), в то время м-фенолы стимулируют их рост.

Такие различия структуры и свойств фенолов позволяют предполагать, что торможение роста в большой мере является результатом работы хинонов.

Ингибиторы роста фенольной природы накапливаются преимущественно в клубнях и спящих почках растений в осенне-зимний период. Во влажную и теплой почву семена набухают, поглощая влагу и значительная часть молекул фенолов и это способствует прорастанию.

Таким образом, фенольные соединения — важнейшие регуляторы покоя растений, накапливаясь осенью, подготавливают растения к переходу в состояние зимнего покоя, подавляя распускание почек, растяжение стеблей, рост побегов.

Ростовой эффект фенольных соединений можно рассматривать как косвенный результат некоторых биохимических механизмов, связанных с окислением фенолов в хиноны. Таким образом, физиологическая роль этих соединений состоит в определении изменение интенсивности процессов роста в зависимости от времени суток, сезона года, наступления засухи [6].

5.3. Формальдегид и рост растений

Формальдегид — сильный кишечный яд для насекомых, является также бактерицидом и фунгицидом. Его широко применяют в качестве дезинфекционного средства и для протравливания семян злаков. На прилегающих территориях коксохимических предприятий, формальдегид в почве содержится в больших концентрацих. Это, в свою очередь, говорит о накоплении его в частях растений и о угнетении их роста [7].

6. Оценка опасности загрязнения и нарушения состояния почв прилегающей территории к предприятию ООО НПО ИНКОР и К о

Загрязнение почв — антропогенное накопление в почве токсических и вредных веществ и организмов, вызывающих деградацию или деструкцию почвенного покрова, изменение морфологии, состава микрофлоры почв, ухудшение физико-химических и химических свойств почв, снижение плодородия почв, биопродуктивности, технологической, питательной, гигиеническо-санитарной ценности выращиваемых культур и качества других контактирующих с почвами питательных сред [8].

Основными видами продукции предприятия являются нафталин и феноло-крезолы, сырьем для производства которых используются отходы Авдеевского коксохимического завода.

Согласно документации предприятия [9], в состав выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) фенольно-нафталинового производства входят более 10 компонентов II–IV классов опасности. В таблице 1 представлен основные поллютанты выбросов ООО НПО ИНКОР и К о .

Анализ данных таблицы показывает, что суммарная мощность загрязняющих веществ II класса опасности практически достигает 27 % среднегодовой.

Для оценки опасности нарушения почвы интерес представляют формальдегид, фенол и нафталин, которые довольно легко мигрируют в почве, накапливаются, в основном, в корневой системе растений и попадают в организм человека.

Классификация почв по степени загрязнения зависит от предельно допустимых количеств (ПДК) химических веществ в почвах и их фоновому содержанию. По степени загрязнения почвы следует подразделять на:

1. Cильнозагрязненные (> ПДК).
2. Среднезагрязненные (= ПДК).
3. Слабозагрязненные ( Таблица 2 — Результаты математического определения величины коэффициента загрязнения почвы отдельными компонентами
   Загрязняющее вещество Фоновая концентрация, мг/кг Коэффициент загрязнения почвы Степень загрязнения Фенол 0,81 2,09 Сильно Формальдегид 0,4 2,25 Сильно Нафталин 3,1 1,77 Слабо